JPH0330848A - 液体の静電噴霧方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液体の静電噴霧方法及び装置に関するものであ
る。−層特に、本発明は、液体を表面に沿ってその表面
の縁部（以下“霧化縁部″と記載する）に供給し、そし
て霧化縁部と電界強化電極（しばしば霧化縁部から離間
した電界強化電極として記載する）との間に高圧を印加
し、それにより霧化電界強度を発生させて液体を静電気
力によって少なくとも優勢的に霧化し、電気的に帯電し
た粒子を形成して霧化縁部がら噴出させる噴霧ヘッドを
利用した方法及び装置に関する。

［従来の技術］ このような方法及び装置は英国特許第１５８９７０７号
明細書に開示されている。

大規模な噴霧、例えば自動車産業における塗装スプレィ
には通常従来の静電噴霧システムが使用されている。こ
のような静電噴霧システムは二種類に大別され、第１の
種類は、噴霧すべき液体をまず霧化し、そして形成され
た噴霧を帯電させるものであり、第２の種類は、高電圧
に維持され主として重力によって液体を霧化するスピニ
ング要素例えばディスクまたはベルを利用したものであ
る。一般に、単にこのような噴霧システムは膜形成に適
した噴霧特性（例えば粒子寸法）で必要量の液体を供給
する。

［発明が解決しようとする課題］ このような公知のシステムの欠点は、第１に１０μｍ以
下の微細粒子をたくさん含んだ多分散性噴霧粒子を生成
することにある。第２に、噴霧の帯電が１００％以下で
あることにある。その結果、吸入し得る大きさの微細粒
子が空気中へ逃げていくので大気汚染を引き起こす。こ
のような公知のシステムの別のｔ８染原因は、それらの
移送効率が例えば６０％程度と低い傾向にあることにあ
る。

これらの欠点は、欧州特許第１８６９８３号の特に第４
図〜第７図及びこれらの図面に関連した記載に開示され
た噴霧装置によって実質的に解決されてきた。上記欧州
特許に開示された装置は単分散性に近い噴霧（液滴の場
合、量の中央粒径（ｖｏ　ｌ　ｕＩｌａｍｅｄｉａｎ　
ｄｉａｌｌｅｔｅｒ）と数の中央粒径（ｎｕｍｂｅｒ　
ｍｅｄｉａｎｄｉａｍｅｔｅｒ）との比で表される）を
形成し、そして粒子の大きさは、吸入する危険を軽減す
るように制御され得る。さらに、噴霧の完全な帯電及び
移送効率の相対的な改善によって吸入や大気汚染の危険
をさらに軽減している。しかしここで挙げた公知の噴霧
装置のもつ問題点は、塗料の噴霧のような大規模の噴霧
では余りにも低すぎる相対的に低流量でしか作動できな
いことにある。

所望の小さな粒子サイズを維持しながら流量を増大させ
るいろいろな解決法が提案されてきた。

欧州特許第１９３３４８号に提案された解決法では、電
界の領域中にガスを流し、電界の領域から液体の帯電し
だ液滴を取り除くようにガス流の方向及び流速を設定し
、それにより電界の大きさに影響を及ぼす空間電荷の形
成を減少させている。

別の解決法は欧州特許第１８６９８３号に提案されてい
る。この解決法では、導電性または半導電性のコアとし
て電界強化電極を構成し、このコアを、電極と噴霧ヘッ
ドとの間に火花の発生するのを阻止するため十分に高い
絶縁耐力をもちしかも表面に集まった電荷を導電性また
は半導電性のコアへ導けるように十分に低い体積抵抗率
をもつ材料で外装している。このような電極の使用は特
に破壊的な火花発生なしに噴霧ヘッドと電界強化電極と
の間に比較的高い電位差を印加できることが確認されて
いる。従って、電位差が高くなればなる程、所与粒子サ
イズに対して許容流量が大きくなるので、このような電
極を用いることにより所望の粒子サイズを維持して流量
を増大させることができる。

本発明の目的は、所望の粒子サイズを維持して流量を増
大させることにある。

本発明は、二つの霧化縁部及びそれらと組合さった電界
強化電極を、それらの間に実質的に制御不能な静電的干
渉なしに互いに近接させることができることの非常に驚
くべき発見に基くものである。

当業者による通常の予想では、霧化縁部を、一つの噴霧
ヘッドに有効に形成するように近付けてゆくと、二つの
霧化縁部における同じ極性の電位によって形成される電
界の相互作用のために霧化能力が大幅に損なわれ、その
結果丁度−つの霧化縁部を用いた場合はとんど変わらな
いことになると考えられていた。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、液体静電噴霧装置は、並んでのびる一
対の霧化縁部と、各霧化縁部に対する液体供給装置と、
霧化縁部の長手方向に沿ってのびる多数の電界強化電極
とを有し、対の電界強化電極が各霧化縁部と組合され、
霧化縁部の各側でしかも前方に一つづ配置され、また霧
化縁部と電界強化電極との間に電位差を印加する電源装
置を有する噴霧ヘッドから成り、また、 ａ）霧化縁部の間の間隔が２０〜３００ｍｍの範囲であ
り、 ｂ）電界強化電極の各々とそれと組合さった霧化縁部と
の間の間隔が３ｍｍ以上好ましくはＩＣｌ１１であり、 Ｃ）霧化縁部と電界強化電極との間に印加される電位差
を供給する導体間の測定可能な電位差が霧化縁部から電
界強化電極の間隔の単位長さ当たり１〜３ＫＶ／ｎｏ＋
の範囲にあることを特徴としている。

このように噴霧ヘッドは二つの霧化縁部を備え、これら
の霧化縁部は、塗料の噴霧に関して一噴霧と同等である
ように短い時間周期内に噴霧ヘッドに対して動くターゲ
ットの実質的に同じ領域を噴霧できるように互いに近接
して配置され得る。しかしながら、所与粒子サイズに対
して、これら二つの霧化縁部は単位時間に単位面積当た
り単一霧化縁部の場合の約二倍の数の粒子を供給する。

［作　　用コ 装置の動作パラメータは、８０Ｐの粘性と２×１０’Ω
ＣＨの抵抗率をもつ液体の場合、噴霧ヘッドの靴長さ（
ｍ）当たり２０ｃｃ／秒の流量で中央粒径が１００μｍ
を越えない噴霧を実施できるように選択され得る。

霧化縁部の間隔が約３００ａ＋ｍ以上であると、噴霧被
覆は完全には施されず、その結果斑らになったり剥がれ
たりする。実際の間隔は、霧化縁部間の間隔が２０１１
Ｉ１１以下とにならない必要がある。

霧化縁部が長ければ長い程、それらの間の間隔を離すこ
とができることが確認された。例えば、１５０ｍｏ＋の
オーダーの長さをもつ霧化縁部の場合には、霧化縁部間
の間隔は好ましくは２０〜１００ｍｍの範囲であり、ま
た８０ｈ＋ｓ＋のオーダーの長さをもつ霧化縁部の場合
には、霧化縁部間の間隔は好ましくは１００〜３００Ｉ
ＩＩ１１の範、囲である。

各電極とそれと組合さった霧化縁部との間の間隔が約３
！１１以下である場合には、液体は電極上に付着し、霧
化に悪影響を及ぼす液体橋絡を形成し得る。各電極とそ
れと組合さった霧化縁部との間の間隔が約ＩＣＩｍより
非常に大きい場合には、電位勾配が失われ、汚染の問題
が生じ得、これらの問題を解決できるのは動作電圧を非
常に高くすることだけである。理想的には、各電極とそ
れと組合さった霧化縁部との間の電位勾配は絶縁破壊ま
たは汚染につながることなしに可及的に大きくすべきで
ある。

有利には、本発明では欧州特許第１８６９８３号に開示
された外装付きの電極構造が利用され、絶縁破壊なしに
上記の１〜３ＫＶ／ｎ＋ａ＋の範囲内の比較的高いレベ
ルの電位勾配が有利に達成できる。

霧化縁部の間隔が比較的大きい場合には、四つの電界強
化電極を用いる必要がある。しかしながら、霧化縁部の
間隔が比較的狭い場合には、三つの電界強化電極が用い
られ、中央の電界強化電極は両方の霧化縁部に対して共
通である。噴霧の形跡すなわちパターンを変えるために
、四つの電界強化電極が用いられる場合には二つの隣接
した電極の電位、また三つの電界強化電極が用いられる
場合には中央の電極の電位が二つ外方電極の電位に対し
て値を変えられ得る。

有利には、実際には霧化縁部における接地に対する電位
はできるだけ高くされる。電位が高ければ高い程、二つ
の霧化縁部間の形跡は圧縮され、従ってこの領域におけ
る噴霧密度は高くなる。この圧縮作用はまた霧化縁部の
長さの増大と共に増加する。この噴霧密度の増大は良好
な噴霧被覆を形成する上で非常に有益であることが確認
された。

装置の使用に融通性をもたせるために、電源装置は好ま
しくは霧化縁部及び電界強化電極に調整可能な電位を供
給するように調整できる。好ましくは、また電界強化電
極のそれぞれに異なった電位を供給することもできる。

［実施例］ 以下、例として添付図面を参照して本発明をさらに説明
する。

第１図に示す噴霧ヘッドは二つの直線状でほぼ平行なノ
ズル組立体１Ｏ１Ｕを有し、これらのノズル組立体１０
．１１の縁部１２．１３はそれぞれ噴霧縁部を形成して
いる。各ノズル組立体１０、１１は互いに対向して配列
した二つの板部材１４．１５から成っている。対向した
表面は、それらの表面の部分１Ｂでは当接し、残りの部
分では離間して板部材１４．１５の全長にわたってのび
しかも通路１８から霧化縁部１２．１３へ通じる液体の
流れスロット１７を形成している。対向した表面の一方
は他方の対向表面より延伸して突起リップ２０を形成し
ており、この突起リップ２０はスロット１７の出口から
霧化縁部１２．１３までのびている。板部材１４．１５
の縁部は図示したように傾斜している。縁部１２．１３
は歯形状でも真直ぐであってもよい。通路１８は板部材
１５の表面に形成された長手方向にのびる通路から成っ
ている。

各通路１８は管１９を介して液体供給源（図示してない
）に連結される。代わりに根板部材１４．１５の縁部は
第２図〜第４図に示すように整列させることもできる。

板部材１４．１５は絶縁材料から成り、また液体供給部
に電位差を印加できるように各ノズル組立体１０．１１
には電極２２が設けられている。各電極２２は霧化縁部
１２．１３に隣接して位置決めされ、板部材１５の対向
表面に配置されている。各電極２２は被絶縁導体２３を
介して高圧発生装置に接続される。霧化縁部１２．１３
における実際の電位は噴霧すべき液体を通しての電極２
２と霧化縁部１２．１３との間の電位降下に関係する。

液体塗料の抵抗率は１０７ΩＣｒＡのオーダーであり、
またそれらの間の印加電圧が４０〜８０ＫＶの時、約１
０％の電位降下が許容され得る。

本質的に必要なことは、霧化縁部における電界が要求さ
れだ液系噴霧を形成するのに十分であることである。電
極２２に代わって、各ノズル組立体の板部材１４．１５
の一方または両方は導電性または半導電性材料から成る
ことができ、そして高圧発生装置に接続することができ
る。

ノズル組立体１０．１１は適当な枠体２５に支持され、
この枠体２５はまた三つの直線状電極２６．２７．２８
（ここでは電界強化電極と記載するがしばしば電界調整
電極とも呼ばれる）も支持している。これらの電極は実
質的に相互に平行でしかも霧化縁部１２．１３と平行に
のび、電極２６．２７は霧化縁部１２．１３の外側に位
置し、また電極２８は霧化縁部１２．１３の間の中間に
のびている。電極２６〜２８は霧化縁部１２．１３の噴
霧方向前方に配置されている。従って対の電極２６．２
８は霧化縁部１２と組合され、また対の電極２７．２８
は霧化縁部１３と組合される。

電極２６〜２８の各々は炭素のような導電性材料のコア
３０とソーダガラスのような半絶縁性材料の外装３１と
から成っている。外装３１の抵抗率は１０１′Ωｃｆｆ
ｌのオーダーである。これらの電極は欧州特許第１８６
９８３号に詳しく開示された形式のものである。

これらの電極のコア３０は接地電位に保持され得る。

代わりに、これらのコアには、霧化縁部１２．１３と電
極２６〜２８との間に所望の電位差を発生させる接地に
対するある電圧を印加してもよい。

第１図において、霧化縁部は距離ａ隔てて示されている
。組合さった電極２６〜２８の表面に対するノズル組立
体１０、ｌｌ上の最近接部位は霧化縁部１２．１３であ
る。霧化縁部と電極２６〜２８の表面との間隔は第１図
にｂで表されている。

第１図の装置を利用した塗料噴霧の一つの実験例では、
ａの値は３６ｆｆｌｌｌであり、間隔すは約ＩＣ１ｉで
あった。図面は正確な縮尺率では描かれてないことを付
記しておく。霧化縁部１２．１３は任意の所望の長さの
ものでよく、この例では１５０Ｉｌｉであった。

霧化縁部の長さを変えることによる効果は後で説明する
。各スロット１７の幅は噴霧すべき液体の粘性を考慮し
て通常の容器圧力ヘッドで各ノズルから所望の流量が得
られるようにした。この例では８ｃＰの粘性をもつ液体
を−ノズルについて噴霧ヘッドの単位長さ（ｍ）当たり
少なくとも１０ｃｃ／秒を供給できるように設定し、噴
霧ヘッドの単位長さ（ｍ）当たり毎秒の総液体供給量が
少なくとも２０ｃｃとなるようにした。この流量は有利
には種々の値に調整できるようにした。

装置の使用において、以下に特定される接地に対して高
電圧はノズル電極２２の各々に印加し、また接地に対し
て低電圧は電極２６〜２８のコアの各々に印加し、ノズ
ル電極２２と電極２６〜２８との間に電位差が生じるよ
うにした。容器から供給される液体塗料の流量も所望の
値に調整した。霧化縁部に到達する液体は印加された電
位差によって発生された高強度の電界にさらされ、これ
により液体は霧化縁部■２．１３の各々からのびる一連
の液系となりそして霧化縁部１２．１３からある距離に
おいて英国特許明細書第１５６９７０７号及び欧州特許
第１８６９８３号に詳しく記載されているように霧化粒
子に***した。

第２図〜第４図を参照すると、これらの図面にはこの実
験例において電極２６〜２８に種々の電圧を印加するこ
とによって得られた種々の噴霧パターンが示されている
。

第２図〜第４図のそれぞれにおいて、ノズル電極２２に
おける電圧は４０ＫＶであった。第２図において全電界
強化電極２６〜２８における電圧は１５ＫＶであった。

この条件で図示したように二つの噴霧が僅かに重なり合
った噴霧パターンが得られた。

第３図では、外側の電極２６．２７における電圧はＬ５
ＫＶであり、中央の電極２８における電圧はＩＩＫＶで
あった。この場合には図示したように二つの噴霧が大き
く重なり合った噴霧パターンが得られた。

第４図では、外側の電極２６．２７における電圧は１５
ＫＶであり、内側の電極２８における電圧は１９ＫＶで
あった。この場合に得られた噴霧パターンでは図示した
ように二つの噴霧は間隔のあいたものとなった。従って
、噴霧同志の重大な干渉はないことがわかり、実際、噴
霧パターンは電圧を変えることにより簡単に制御できる
ことが認められる。噴霧パターンはまた中央の電極２８
に対して異なるように間隔すを変えることによって同様
に変更することができる。

第５図に概略的に示す別の例では、二つの霧化縁部１２
．１３の間の間隔ａは２０ｃｍであった。この値は大き
く、他の図面と対応させるため２８ａ　、　２８ｂで示
す二つの中央電極を用いる必要があった。間隔すは１８
０ａ＋Ｉｍであった。各霧化縁部の長さは６０Ｃ１１で
あった。

電極２２における電圧は８０ＫＶであり、また電界強化
電極２６〜２８における電圧は４０ＫＶであった。接地
電位にあるターゲット表面は霧化縁部１２、Ｉ３から３
０ｃｍの距離にあり、そして１９秒で１ｍに等しい速度
で動かした。自動車産業において用いられる赤灰色表面
保護材である液体塗料は４ＸｌＯ”Ω／Ｃ１の抵抗率を
もち、その粘性は約３ポアズであった。

また液体塗料の流量は各ノズルを通して約１００ｃｃ／
分であった。

こうして得られた被覆は光沢がよく斑点が少なく、スト
リッピングのない良好な平坦さをもつことが認められた
。被覆の厚さは約３４〜６０μｍであった。

次に、第６ａ図及び第６ｂ図を参照すると、これらの図
面には第２図及び第５図の装置を用いて得られた噴霧パ
ターンの比較例が示されている。第２図及び第５図で参
照した霧化ヘッドの長さ及び間隔ａは第Ｂａ図及び第６
ｂ図においては比例して示されている。また噴霧パター
ンは輪郭形状で示され、輪郭が互いに近接すればする程
、噴霧パターンの密度は高くなっている。第５図の比較
的長い霧化縁部１２．１３では、端効果すなわち端の拡
がりは余り顕著でなく、霧化縁部間で噴霧パターンは比
較的圧縮されていることがわかる。これにより塗料の噴
霧に非常に有利である比較的密な噴霧が得られる。同様
な圧縮効果は、電極２２における接地に対する電圧を増
大させることによって達成され得る。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明の対のノズル構造は、
上記のように所与中央粒子サイズに対して比較的高い供
給量をもたらすだけでなく、ターゲットに二つの成分の
一方の成分を一方のノズルから供給し、他方の成分を他
方のノズルから供給して二つの成分を実質的に同時に供
給する必要のある二つの成分系にも用いることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による噴霧ヘッドの一形態を示す断面図
、第２図〜第４図はそれぞれ噴霧へ・ソド及び電界強化
電極において種々の？４泣を用いることにより得られ得
る種々の噴霧パターンを示す図、第５図は第１図に示す
噴霧ヘッドの変型例及びそれを用いて得られた噴霧パタ
ーンを示す概略図、第６ａ図及び第６ｂ図は長さの異な
る霧化ヘッドを用いることによって得られる効果を示し
、第６ａ図は第２図の比較的短い霧化ヘッドの場合の噴
霧パターンを示し、第６ｂ図は第５図の比較的長い霧化
ヘッドの場合の噴霧パターンを示す図である。 図 １１：ノズル組立体 ［３；霧化縁部 １５：板部材 ２７．２８．２８ａ　、　２８ｂ　：電界強化電極３６
ｍｍ Ｆｔ’ｇ、４゜ 〜、６ａ。 Ｆｉｇ、６ｂ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の霧化縁部（１２、１３）及びこの霧化縁部（
   １２、１３）の各側でしかも前方に霧化縁部（１２、１
   ３）の長手方向に沿ってのびる対の組合さった複数の電
   界強化電極（２６、２７、２８、２８ａ、２８ｂ）を備
   えた噴霧ヘッドと、霧化縁部（１２、１３）と電界強化
   電極（２６、２７、２８、２８ａ、２８ｂ）との間に電
   位差を印加する電源装置とを有する液体の静電噴霧装置
   において、対の霧化縁部（１２、１３）と組合さった電
   界強化電極（２６、２７、２８；または、２６、２７、
   ２８ａ及び２８ｂ）が並んでのび、またａ）霧化縁部（
   １２、１３）の間の間隔（ａ）が２０〜３００ｍｍの範
   囲であり、ｂ）電界強化電極（２６、２７、２８、２８
   ａ、２８ｂ）の各々とそれと組合さった霧化縁部（１２
   、１３）との間の間隔（ｂ）が３ｍｍ以上であり、 ｃ）霧化縁部（１２、１３）と電界強化電極（２６、２
   ７、２８、２８ａ、２８ｂ）との間に印加される電位差
   を供給する導体間の測定可能な電位差が霧化縁部（１２
   、１３）から電界強化電極（２６、２７、２８、２８ａ
   、２８ｂ）の間隔の単位長さ当たり１〜３ＫＶ／ｍｍの
   範囲にあることを特徴とする液体の静電噴霧装置。 ２、三つの電界強化電極（２６、２７、２８）が設けら
   れ、そのうちの一つの電界強化電極（２８）が霧化縁部
   （１２、１３）と組合されている請求項１に記載の液体
   の静電噴霧装置。 ３、霧化縁部（１２、１３）の長さが１５０ｍｍのオー
   ダーであり、また霧化縁部（１２、１３）の間の間隔が
   ２０〜１００ｍｍの範囲である請求項１または２に記載
   の液体の静電噴霧装置。 ４、霧化縁部（１２、１３）の長さが６００ｍｍのオー
   ダーであり、また霧化縁部（１２、１３）の間の間隔が
   １００〜３００ｍｍの範囲である請求項１または２に記
   載の液体の静電噴霧装置。 ５、電界強化電極（２６、２７、２８、２８ａ、２８ｂ
   ）の各々が電導性材料のコア（３０）と半絶縁性材料の
   外装（３１）とから成る請求項１〜４のいずれか一項に
   記載の液体の静電噴霧装置。 ６、電源装置が、霧化縁部（１２、１３）には接地に対
   して第１の電位をまた電界強化電極（２６、２７、２８
   、２８ａ、２８ｂ）には接地に対して一層低い第２の電
   位を印加するように接続された請求項１〜５のいずれか
   一項に記載の液体の静電噴霧装置。 ７、電源装置が、霧化縁部（１２、１３）及び電界強化
   電極（２８、２７、２８、２８ａ、２８ｂ）に調整可能
   な電位を印加できる請求項６に記載の液体の静電噴霧装
   置。 ８、電源装置が、電界強化電極（２６、２７、２８、２
   ８ａ、２８ｂ）のそれぞれに異なった電位を印加できる
   請求項７に記載の液体の静電噴霧装置。 ９、８ｃＰの粘性と２×１０＾８Ωｃｍの抵抗率をもつ
   液体の場合噴霧ヘッドの単位長さ（ｍ）当たり２０ｃｃ
   ／秒／の流量で中央粒径が１００μｍを越えない噴霧を
   実施できるように動作パラメータが選択される請求項１
   〜８のいずれか一項に記載の液体の静電噴霧装置。 １０、一対の霧化縁部を並べて配置し、各霧化縁部に液
   体供給装置を結合し、霧化縁部の長手方向に沿って多数
   の電界強化電極を配列し、上記電界強化電極の対を各霧
   化縁部と組合わせ、霧化縁部の各側でしかもそれの前方
   に配置し、霧化縁部と電界強化電極との間に、 ａ）霧化縁部の間の間隔を２０〜３００ｍｍの範囲とし
   、ｂ）電界強化電極の各々とそれと組合さった霧化縁部
   との間の間隔が３ｍｍ以上とし、そしてｃ）霧化縁部と
   電界強化電極との間に印加される電位差を供給する導体
   間の測定可能な電位差を霧化縁部から電界強化電極の間
   隔の単位長さ当たり１〜３ＫＶ／ｍｍの範囲として 電位差を印加するように電源装置を接続し、電界強化電
   極の前方のある距離にターゲットを配置し、そして霧化
   縁部に噴霧すべき液体を供給してターゲットに静電的に
   噴霧することを特徴とする液体の静電噴霧方法。 １１、霧化縁部に印加する電圧が８０ＫＶのオーダーで
   あり、電界強化電極に印加する電圧が４０ＫＶのオーダ
   ーであり、またターゲットが接地電位である請求項１０
   に記載の液体の静電噴霧方法。 １２、二つの霧化縁部の間に配置した一つまたは複数の
   電界強化電極に印加する電位が二つの霧化縁部の外側の
   電界強化電極に印加する電位と異なる請求項１０または
   １１に記載の液体の静電噴霧方法。